タンパク質タグ

定義と基本原則

タンパク質タグ、あるいはプロテインタグと称されるものは、特定のタンパク質を見分けるための目印として、遺伝子操作によって目的のタンパク質分子に付加される短いペプチドや別のタンパク質断片を指します。単に「タグ」と呼ばれることが一般的です。このタグは、付加されたタンパク質本来の機能や物理的・化学的性質に影響を与えないよう配慮が必要であり、通常はタンパク質のN末端またはC末端といった末端部に結合させ、可能な限り小さな分子量であることが望ましいとされています。

利用方法と種類

タンパク質タグは、その特性を活かし、以下のような多岐にわたる用途で活用されています。

1. アフィニティタグによる分離・精製・検出

最も広く利用されているのが、特定の分子との間に強い親和性（アフィニティ）を持つ性質を利用したアフィニティタグです。これにより、目的タンパク質を他の分子から特異的に分離したり、共存する別のタンパク質との相互作用を検出したりすることが可能になります。

遺伝子工学を用いてタンパク質を発現させる際にアフィニティタグを付加しておけば、目的タンパク質を効率的かつ高純度に精製することができます。これは、個々のタンパク質に合わせた煩雑な精製方法の開発や試行錯誤といった手間を大幅に省くメリットがあります。

さらに、タグと目的タンパク質の間に特定のプロテアーゼ（タンパク質分解酵素）による切断部位を設ける手法もよく用いられます。これにより、タグを介して特定の担体に吸着させた後、プロテアーゼ処理を行うことで、目的タンパク質のみを切り離して回収することが可能になります。

代表的なアフィニティタグの例：

Hisタグ（ヒスチジンタグ）：ヒスチジン残基を約6個連ねた短いペプチドタグです。ニッケルなどの金属イオンに特異的に結合する性質を利用し、ニッケルイオンを固定化した樹脂に通すことで目的タンパク質を捕捉します。その後、ニッケルイオンやイミダゾールなどの競合分子を流すことでタンパク質を溶出・回収できます。
GSTタグ（グルタチオン-S-トランスフェラーゼ）：グルタチオンに対する高い親和性を持つ酵素タンパク質を利用したタグです。グルタチオンを固定化した樹脂に結合させ、遊離のグルタチオンで溶出します。
MBPタグ（マルトース結合タンパク質）：マルトースに対する高い親和性を持つタンパク質を利用したタグです。
エピトープタグ：特定の抗体によって認識される短いペプチド配列（エピトープ）をタグとして利用します。このタグに対する抗体を用いることで、目的タンパク質の結合や検出、精製が容易になります。HAタグ（インフルエンザウイルス由来）、mycタグ、FLAGタグなどが代表的です。
* BCCPタグ（Biotin Carboxyl Carrier Proteinタグ）：ビオチン化されるペプチドタグです。大腸菌由来のこのタグは、細胞内の酵素によりリジン残基にビオチンが共有結合します。ビオチンと強力に結合するストレプトアビジンを固定化した基板などにタンパク質を固定化する用途に用いられます。

2. 分子の可視化

蛍光を発するタンパク質、例えばGFP（緑色蛍光タンパク質）などをタグとして利用することで、生細胞内での目的タンパク質の局在や動態を可視化することが可能になります。これは一分子細胞生物学やバイオイメージングの分野で極めて重要な技術です。

3. 可溶性の向上

人工的な環境でタンパク質を発現させた場合、凝集してしまい不溶性になるケースが少なくありません。これはその後の精製や機能発現の妨げとなりますが、MBPやGST、チオレドキシンタグなど、特定のタグを付加することで、タンパク質を可溶性の状態で維持できる場合があります。

4. フォールディングの指標

タンパク質の折りたたみ（フォールディング）が適切に行われているかどうかの指標としてもタグが利用できます。例えば、GFPタグを目的タンパク質のC末端側に連結した場合、目的タンパク質が正しく折りたたまれ安定な構造をとらなければ、GFPは機能（蛍光）を示さなくなります。これにより、目的タンパク質の異常な凝集や分解といった問題の検出が可能になります。

タンパク質タグは、生命科学研究におけるタンパク質の取り扱いや解析、さらには産業応用においても欠かせないツールとなっています。遺伝子工学の進歩とともに、その種類や利用法も多様化しています。

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